廣州地鐵盾構(gòu)施工端頭預(yù)加固合理范圍研究及應(yīng)用.pdf

1、盾構(gòu)施工具有機(jī)械化程度高、掘進(jìn)速度快、施工安全性高、對(duì)周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市地鐵、電力、市政等地下隧道建設(shè)中。在盾構(gòu)法隧道施工中，盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工是整個(gè)隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如若施工不當(dāng)，可能會(huì)發(fā)生如塌方、透水、端頭土體土體失穩(wěn)等安全問(wèn)題。為了避免在盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，需要對(duì)端頭土體進(jìn)行加固，以確保盾構(gòu)隧道能夠順利始發(fā)與及時(shí)貫通。
　　本文以廣州市軌道交通九號(hào)線花都廣場(chǎng)站～馬鞍山公園站（簡(jiǎn)稱

2、花馬區(qū)間）地鐵隧道為工程背景，結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用工程經(jīng)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，對(duì)地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)站（馬鞍山公園站）端頭土體加固的加固工法、加固理論、數(shù)值模擬進(jìn)行了分析與研究。具體工作內(nèi)容如下：
　　（1）通過(guò)在廣州軌道交通花馬區(qū)間地鐵隧道工程的實(shí)習(xí)，了解盾構(gòu)始發(fā)工程的概況以及該項(xiàng)目盾構(gòu)始發(fā)采用的加固方法與施工工藝，并在此基礎(chǔ)上來(lái)理解各種端頭加固工法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件，把握盾構(gòu)始發(fā)端頭土體施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)，藉以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道

3、盾構(gòu)始發(fā)工程安全的有效控制；
　?。?）在經(jīng)典強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立端頭加固土體的力學(xué)與數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用彈性力學(xué)、高等土力學(xué)和高等數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出端頭土體的縱向、橫向加固范圍的理論解，并就馬鞍山公園站的工程條件進(jìn)行實(shí)際算例分析，為工程實(shí)際施工提供理論參考；
　?。?）采用三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件FLAC3D，在盾構(gòu)始發(fā)封門(mén)拆除最不利工況下，從位移場(chǎng)、破壞場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)出發(fā)，進(jìn)行端頭加固范圍數(shù)值模擬。首先保證橫向加固范圍為3m，縱

4、向加固長(zhǎng)度依次取3m、6m、10m、15m進(jìn)行模擬，以確定合理的縱向加固數(shù)值解；其次保證合理的縱向加固范圍不變，橫向加固范圍依次取盾構(gòu)兩側(cè)1m、2m、3m、4m范圍進(jìn)行模擬，以確定合理的橫向加固范圍，進(jìn)一步為工程施工和理論研究提供參考性建議。
　　主要研究成果如下：
　?。?）馬鞍山公園站盾構(gòu)始發(fā)工程處于高水壓砂層、上軟下硬地層中，該地層具有滲透系數(shù)大、施工參數(shù)不好控制、地層承載能力差等特點(diǎn)。三重管高壓旋噴樁加固法適用于砂土

5、、砂卵石、淤泥及軟弱黏性土等多種土層，形成的旋噴樁體強(qiáng)度高、耐久性好，另外其操作簡(jiǎn)單、可灌性好、材源廣闊、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于馬鞍山公園站盾構(gòu)始發(fā)工程的土體加固；
　?。?）由彈性薄板理論、土體滑移失穩(wěn)理論、土體擾動(dòng)極限平衡理論和松動(dòng)圈的相關(guān)知識(shí)及端頭加固的構(gòu)造分析，建立相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算模型；通過(guò)彈性力學(xué)、高等土力學(xué)相關(guān)知識(shí)及高等數(shù)學(xué)的解析方法，推導(dǎo)出端頭土體加固范圍的理論解，并就馬鞍山公園站工程實(shí)例進(jìn)行算例分析，結(jié)果表明，與

6、實(shí)際加固相比而言縱向和隧道兩側(cè)相差不大，隧道拱底砂性土及拱底炭質(zhì)灰沿土層計(jì)算有所偏差，主要原因可能是未考慮實(shí)際地質(zhì)情況及加固土體等因素的影響。
　?。?）由數(shù)值模擬結(jié)果可知：在綜合考慮不同縱向、橫向加固范圍的位移場(chǎng)、破壞場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)以及盾構(gòu)始發(fā)的止水性要求的前提下，結(jié)合實(shí)際工程地質(zhì)條件和理論研究結(jié)果，最終確定本工程盾構(gòu)始發(fā)端頭土體加固為：縱向加固長(zhǎng)度取10m，橫向加固長(zhǎng)度取3m，深度方向?yàn)樗淼理敳考庸倘?m，隧道中心以下無(wú)加固。施工